Электроника/Проверка знаний/Основы электричества/Статическое электричество

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Мякишев Е.А.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Статическое электричество[1]

Вопрос 1

Что значит для объекта иметь электрический заряд? Приведите пример объекта, который получил электрический заряд, и опишите, как этот заряженный объект может себя вести.

Ответ:

Для того, чтобы объект имел электрический заряд, у него должен быть избыток или дефицит электронов среди его атомов. Распространенным примером зарядки объектов является трение латексных шариков об шерстяную одежду или расчесывание волос пластиковой расчёской. Последствия электрической зарядки очень легко заметить!

Примечание

Этот вопрос естественным образом приводит к обсуждению атомной теории. Поощряйте своих студентов обсуждать и изучать простые модели атома, и как они объясняют электричество в терминах размещения и движения электронов.

Вопрос 2

Сколько электронов содержится в одном кулоне?

Ответ:

В одном кулоне содержится 6,25 × 1018 электронов. Как бы это выглядело без использования научной нотации? Запишите эту же цифру, используя наиболее подходящую метрическую приставку.

Примечание

Небольшой математический обзор: использование научной нотации для обозначения очень больших (или очень маленьких) чисел.

Вопрос 3

Что происходит, когда два предмета трутся друг о друга и возникает статическое электричество?

Ответ:

Когда определенные комбинации материалов трутся друг о друга, в результате трения электроны переходят от атомов одного материала к атомам другого. В результате дисбаланса электронов первый материал приобретает положительный заряд, а второй - отрицательный.

Примечание

Термины "положительный" и "отрицательный" кажутся отсталыми по отношению к современной концепции электронов как носителей заряда. Обязательно обсудите исторический аспект этой терминологии (предположение Бенджамина Франклина) и последующее обозначение индивидуального заряда электрона как "отрицательного".

Вопрос 4

Сколько электронов содержится в заряде 2 × 10-5 кулонов? Определите ответ без использования калькулятора и выразите его в научной системе счисления!

Ответ:

В этом количестве заряда содержится примерно 1,25 × 1014 электронов.

Примечание

Одним из преимуществ использования научной нотации является то, что она позволяет нам легко выполнять умножение и деление с использованием очень больших и очень маленьких чисел.

Вопрос 5

Если положительный заряд принудительно перемещается ближе к другому положительному заряду, должна быть совершена механическая работа. Это аналогично сжатию пружины: необходимо совершить работу, чтобы вызвать движение против естественного отталкивания системы:

Эта механическая работа "хранится" в электрическом поле между зарядами и является формой потенциальной энергии. Это, опять же, похоже на механическую пружину, где работа, затраченная на сжатие пружины, "хранится" как потенциальная энергия в сжатом состоянии.

Определите напряжение с точки зрения изменения потенциальной энергии в результате этого силового движения заряда, как это сделал бы физик.

Ответ:

Где,

Vab = Напряжение между точками A и B. Ub - Ua = Разница в потенциальной энергии между точками A и B. q = Количество заряда (перемещенного), в Кулонах.

Последующий вопрос: объясните, почему, если из той же точки A в ту же точку B переместить заряд вдвое большей величины (2q), то будет совершена вдвое большая работа и сохранено вдвое больше потенциальной энергии, но напряжение (потенциал) будет точно таким же, как у меньшего заряда (q).

Примечание

Если позволяет время, для учащихся будет весьма познавательно узнать, что напряжение может быть определено в простых механических терминах отталкивания и работы. Конечно, базовое знакомство с работой в научном понимании этого термина является необходимым условием для понимания этого сценария.

Вопрос 6

Ответ:

Вопрос 7

Ответ:

Вопрос 8

Ответ:

Вопрос 9

Ответ:

См.также

Внешние ссылки